Mikrosystemtechnik

Ohmscher MEMS-Schalter

Veranschaulichung des Funktionsprinzips anhand von schematischen Querschnitten (links) und Simulationsergebnissen (rechts)

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines MEMS-Schalters mit einem Aktuator-Durchmesser von 160 µm

Am ISIT wurden leistungsfähige ohmsche MEMS-Schalter auf Basis eines neuartigen Konzeptes entwickelt. Im Gegensatz zu bisherigen MEMS-Schaltern zeichnen sich die ISIT-Schalter durch einen bidirektionalen Antrieb und eine geringe Baugröße aus. Das zentrale Element bildet ein zirkularer Aktuator, der im Durchlasszustand piezoelektrisch angetrieben wird und infolge einer mechanischen Übersetzung hohe Kontaktkräfte generiert. Neben dem piezoelektrischen Antrieb verfügen die Schalter über einen zusätzlichen elektrostatischen Antrieb, mit dem sich der Aktuator in entgegengesetzter Richtung antreiben lässt. Auf diese Weise stehen auch für die Kontaktseparierung hohe Kräfte zur Verfügung und ein stabiler Kontaktabstand im Sperrzustand wird gewährleistet. Infolge des kombinierten Antriebs zeichnen sich die Schalter durch sehr geringe Kontaktwiderstände von unter 3 mΩ, geringe und stabile Schaltzeiten von unter 10 µs und eine hohe Lebensdauer selbst beim Schalten unter Last (Hot-Switching) aus. Dank der geringen Bauteilabmessungen von unter 0,1 mm² eignen sie sich insbesondere für Anwendungen, in denen viele Schalter in einem Array benötigt werden. Hierzu zählen unter anderem adaptive Antennensysteme für mobile Kommunikationsgeräte.